Что такое коррозия? - Определение и предотвращение

Что такое коррозия?

Коррозия — это естественный процесс, когда очищенный металл естественным образом преобразуется в более стабильную форму, такую ​​как его оксидное, гидроксидное или сульфидное состояние, что приводит к порче материала. Это постепенное разрушение материалов (обычно металлов) в результате химических и/или электрохимических реакций с окружающей средой.

Способность электрохимических процессов расщеплять соединения на элементы или создавать новые соединения может быть как разрушительной, так и продуктивной. Коррозия — слишком распространенный результат электрохимических реакций между материалами и веществами в их среде.

Коррозия является опасной и чрезвычайно дорогостоящей проблемой. Из-за него могут рушиться здания и мосты, ломаться нефтепроводы, протекать химические заводы, затапливать ванные комнаты. Коррозия электрических контактов может привести к пожару и другим проблемам, коррозия медицинских имплантатов может привести к заражению крови, а загрязнение воздуха вызвало коррозию произведений искусства по всему миру. Коррозия угрожает безопасному захоронению радиоактивных отходов, которые должны храниться в контейнерах десятки тысяч лет.

Наиболее распространенные виды коррозии возникают в результате электрохимических реакций. Общая коррозия возникает, когда большинство или все атомы на одной и той же поверхности металла окисляются, повреждая всю поверхность. Большинство металлов легко окисляются:они имеют тенденцию отдавать электроны кислороду (и другим веществам) в воздухе или в воде. Когда кислород восстанавливается (приобретает электроны), он образует оксид с металлом.

Когда восстановление и окисление происходят на разных металлах, находящихся в контакте друг с другом, этот процесс называется гальванической коррозией. При электролитической коррозии, которая чаще всего возникает в электронном оборудовании, вода или другая влага скапливаются между двумя электрическими контактами, к которым приложено электрическое напряжение. Результатом является непреднамеренная электролитическая ячейка.

Возьмите металлическую конструкцию, такую ​​как Статуя Свободы. Он выглядит сильным и постоянным. Однако, как и почти все металлические предметы, он может стать нестабильным, поскольку вступает в реакцию с веществами в окружающей среде и портится.

Химия коррозии

Химия коррозии сложна; это можно рассматривать как электрохимическое явление. Во время коррозии в определенном месте на поверхности предмета из железа происходит окисление, и это место ведет себя как анод.

Электроны, высвобождаемые в этом анодном пятне, проходят через металл и переходят в другое место на металле и восстанавливают кислород в этом месте в присутствии H+ (который, как полагают, доступен из H2CO3, образующегося из-за растворения углекислого газа из воздуха в вода во влажном воздушном состоянии атмосферы.

Ионы водорода в воде также могут быть доступны из-за растворения других кислых оксидов из атмосферы). Это пятно ведет себя как катод.

Причины коррозии

Металл подвергается коррозии, когда вступает в реакцию с другим веществом, таким как кислород, водород, электрический ток или даже с грязью и бактериями. Коррозия также может возникнуть, когда металлы, такие как сталь, подвергаются слишком большой нагрузке, что приводит к растрескиванию материала.

Вот некоторые из основных и популярных причин коррозии:

• Слишком высокая влажность или конденсация водяного пара на металлических поверхностях являются основными причинами коррозии.
• Агрессивные газы, такие как хлор, оксиды водорода, аммиак, оксиды серы и другие, могут вызывать коррозию деталей электронного оборудования и т. д. Коррозия также может возникать из-за воздействия водорода и кислорода.
• Коррозия стали может возникнуть, когда она подвергается слишком большому напряжению и в материале появляется трещина.
• Металлы, подвергающиеся длительному воздействию электрического тока, могут подвергаться электронной коррозии.
• Воздействие грязи и бактерий может вызвать коррозию металлов.

Коррозия железа

Коррозия железа — это разрушение металлического материала, содержащего элемент железа (Fe), из-за химических реакций с кислородом (O2) и водой в окружающей среде, что приводит к образованию красного оксида железа, обычно называемого ржавчиной. Ржавчина также может поражать сплавы железа, такие как сталь.

Ржавчина железа также может возникать, когда железо реагирует с хлоридом в среде, лишенной кислорода, тогда как зеленая ржавчина, являющаяся другим типом коррозии, может образовываться непосредственно из металлического железа или гидроксида железа.

Коррозия железа обычно характеризуется образованием ржавчины в результате электрохимического процесса в присутствии воды, кислорода и раствора электролитической соли. Таким образом, восстановление одного или всех этих источников реагентов можно использовать для снижения скорости коррозии данного металла.

При взаимодействии железа с водой и кислородом образуется гидроксид железа (II). Последний затем вступает в реакцию с кислородом и водой с образованием гидратированного оксида железа (III), широко известного как ржавчина.

Типы коррозии

Существует множество различных типов коррозии, видимых невооруженным глазом:

• Равномерная коррозия
• Локальная коррозия
• Гальваническая коррозия
• Разрушение окружающей среды
• Проточная и межкристаллитная коррозия
• Фретинг-коррозия
• Высокотемпературная коррозия
• Почвенная коррозия

Это наиболее распространенные типы коррозии, давайте объясним механизм, лежащий в основе каждого из них.

1. РАВНОМЕРНАЯ КОРРОЗИЯ

Равномерная коррозия является наиболее распространенным вариантом коррозии. Эта коррозия возникает естественным образом, когда углеродистая сталь разрушается в результате химической или электрохимической реакции с окружающей средой, которая портит всю поверхность, разъедая ее «равномерно». профилактические меры.

2. ЛОКАЛИЗОВАННАЯ КОРРОЗИЯ

Локальная коррозия проявляется во многих вариантах, таких как точечная, щелевая и нитевидная коррозия.

Питтинговая коррозия

Точечная коррозия, также известная как точечная коррозия, представляет собой еще одну локализованную форму коррозии, возникающую на металлических поверхностях. Питтинг обычно проявляется в виде полостей или отверстий небольшого диаметра на поверхности объекта, в то время как остальная часть металлической поверхности остается неприкрепленной. Эта форма коррозии также обладает высокой проникающей способностью и считается одним из самых опасных типов коррозии, поскольку ее трудно предсказать и она имеет тенденцию вызывать внезапные и экстремальные отказы.

Точечная коррозия обычно возникает на участках металлической поверхности, где существуют несоответствия защитной пассивной пленки. Эти несоответствия могут быть вызваны повреждением пленки, некачественным нанесением покрытия или посторонними отложениями на поверхности металла.

Области, где пассивность была уменьшена или потеряна, теперь становятся анодом, а окружающие области действуют как катод. В присутствии влаги анод и катод образуют коррозионную ячейку, в которой анод (т. е. незащищенные пассивирующей пленкой области) подвергается коррозии. Поскольку коррозия ограничивается локализованной областью, точечная коррозия имеет тенденцию проникать в толщу материала

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия представляет собой тип локальной коррозии с высокой проникающей способностью, которая возникает в зазорах или щелях на поверхности металла или непосредственно рядом с ними. Эти щели могут быть результатом соединения двух поверхностей (металла с металлом или металла с неметаллом) или скопления отложений (грязь, грязь, биообрастание и т. д.).

Этот тип коррозии характеризуется разрушением в области щели, в то время как окружающие участки металлической подложки остаются нетронутыми. Одним из основных критериев развития щелевой коррозии является наличие застойной воды внутри щели. Это отсутствие движения жидкости приводит к истощению растворенного кислорода и избытку положительных ионов в расщелине.

Это приводит к ряду электрохимических реакций, которые изменяют состав жидкости и делают ее кислой по своей природе. Кислотная жидкость в щели разрушает пассивный слой металла и делает его уязвимым для коррозии.

Нитевидная коррозия

Эта коррозия возникает под поверхностями, которые были окрашены или покрыты. Дефекты краски или покрытия позволяют воде проникать внутрь, вызывая коррозию ниже защитного слоя, что приводит к ослаблению конструкции.

3. ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

Гальваническая коррозия является результатом очень специфического набора условий. Он встречается только в средах, где есть электрохимически разнородные металлы в электрическом контакте, которые также подвергаются воздействию электролита. Эта коррозия возникает, когда между анодным и катодным металлами возникает гальваническая связь. Анод подвергается коррозии быстрее, когда он соединен, а катод изнашивается медленнее.

4. РАЗРУШЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Этот коррозионный процесс возникает при возникновении условий окружающей среды, негативно влияющих на углеродистую сталь. Химические вещества, напряжение и температура могут создавать условия, вызывающие коррозионное растрескивание под напряжением (SCC), коррозионную усталость, охрупчивание жидкими металлами и растрескивание, вызванное водородом.

5. ПРОТОЧНАЯ И МЕЖГРАНУЛЯРНАЯ КОРРОЗИЯ

Коррозия под действием потока возникает, когда защитный оксидный слой со временем растворяется потоком ветра или воды. Эта коррозия обнажает оксид на поверхности металла, подвергая последующие слои дальнейшей коррозии.

Межкристаллитная коррозия атакует границы зерен металла, часто из-за металлических примесей. Примеси часто присутствуют в более высоких концентрациях вблизи этих границ зерен, что делает их более восприимчивыми к этому типу коррозии.

6. ФРЕТТИНГОВАЯ КОРРОЗИЯ

Этот тип коррозии возникает из-за многократного воздействия веса, вибрации или износа, что приводит к образованию ямок и канавок на поверхности металла. Чаще всего это происходит с движущимися деталями машин или поверхностями, которые испытывают вибрацию при транспортировке с места на место.

4. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОРРОЗИЯ

Высокотемпературная коррозия может происходить из-за окисления, сульфидирования или карбонизации, а также из-за топлива, содержащего ванадий. Сульфаты также могут образовывать коррозионные соединения, которые воздействуют на углеродистую сталь, обычно устойчивую к высоким температурам и коррозии.

8. ПОЧВЕННАЯ КОРРОЗИЯ

Почвенная коррозия наблюдается, когда углеродистая сталь подвергается воздействию влаги и кислорода в окружающей почве. Почвы с высоким содержанием влаги, высокой электропроводностью, высокой кислотностью и высоким содержанием растворенных солей являются наиболее агрессивными.

Поскольку углеродистая сталь составляет примерно 85% от общего объема производства стали во всем мире, становится необходимым знать о вещах, которые наносят ей вред. Усилия, направленные на изучение коррозии углеродистой стали и управление ею, могут помочь снизить высокие затраты, связанные с этой распространенной проблемой.

Эффект коррозии

Некоторые последствия коррозии включают значительный износ природных и исторических памятников, а также повышенный риск катастрофических отказов оборудования. Загрязнение воздуха вызывает коррозию, и во всем мире ситуация усугубляется.

Ежегодные мировые затраты на коррозию металлов оцениваются более чем в 2 триллиона долларов, однако эксперты считают, что 25–30% можно предотвратить с помощью надлежащей защиты от коррозии. Плохо спланированные строительные проекты могут привести к необходимости замены проржавевшей конструкции, что является пустой тратой природных ресурсов и противоречит глобальным опасениям по поводу устойчивости. Кроме того, коррозия может привести к проблемам безопасности, гибели людей, дополнительным косвенным затратам и ущербу для репутации.

Прямые эффекты коррозии могут включать:

• Повреждение коммерческих самолетов или автомобильной электроники.
• Повреждение жестких дисков и компьютеров, используемых для управления сложными процессами (например, на электростанциях, нефтехимических предприятиях или целлюлозно-бумажных комбинатах).
• Повреждение серверных и центров обработки данных.
• Повреждение музейных артефактов.
• Расходы на ремонт или замену вышедшего из строя бытового оборудования

Как предотвратить коррозию

Существует несколько экономичных способов предотвращения коррозии, в том числе:

• Используйте неагрессивные металлы, такие как нержавеющая сталь или алюминий.
• Убедитесь, что металлическая поверхность остается чистой и сухой.
• Используйте осушающие средства.
• Используйте покрытие или барьерный продукт, такой как жир, масло, краска или покрытие из углеродного волокна.
• Уложите слой обратной засыпки, например, известняка, с подземным трубопроводом.
• Используйте расходуемый анод для обеспечения системы катодной защиты.

Вы можете предотвратить коррозию, правильно выбрав:

• Тип металла
• Защитное покрытие
• Экологические меры
• Жертвенные покрытия
• Ингибиторы коррозии
• Изменение дизайна

1. Тип металла

Одним из простых способов предотвращения коррозии является использование коррозионно-стойкого металла, такого как алюминий или нержавеющая сталь. В зависимости от области применения эти металлы могут использоваться для снижения потребности в дополнительной защите от коррозии.

2. Защитные покрытия

Нанесение лакокрасочного покрытия является экономически эффективным способом предотвращения коррозии. Лакокрасочные покрытия действуют как барьер, предотвращающий передачу электрохимических зарядов от коррозионно-активного раствора металлу под ним.

Другой вариант – нанесение порошковой краски. В этом процессе на чистую металлическую поверхность наносится сухой порошок. Затем металл нагревают, в результате чего порошок плавится в гладкую сплошную пленку. Можно использовать различные порошковые составы, включая акрил, полиэстер, эпоксидную смолу, нейлон и уретан.

3. Экологические меры

Коррозия вызывается химической реакцией между металлом и газами в окружающей среде. Принимая меры по контролю за окружающей средой, эти нежелательные реакции можно свести к минимуму.

Это может быть как простое сокращение воздействия дождя или морской воды, так и более сложные меры, такие как контроль количества серы, хлора или кислорода в окружающей среде. Примером может служить обработка воды в водогрейных котлах умягчителями для регулирования жесткости, щелочности или содержания кислорода.

4. Жертвенные покрытия

Защитное покрытие включает покрытие металла дополнительным типом металла, который с большей вероятностью окисляется; отсюда и термин «жертвенное покрытие».

Существует два основных метода получения расходуемого покрытия:катодная защита и анодная защита.

Катодная защита

Наиболее распространенным примером катодной защиты является покрытие стали из сплава железа цинком, процесс, известный как цинкование. Цинк является более активным металлом, чем сталь, и когда он начинает корродировать, он окисляется, что замедляет коррозию стали.

Этот метод известен как катодная защита, потому что он работает, превращая сталь в катод электрохимической ячейки. Катодная защита используется для стальных трубопроводов, несущих воду или топливо, баков водонагревателей, корпусов кораблей и морских нефтяных платформ.

Анодная защита

Анодная защита включает в себя покрытие стали из сплава железа менее активным металлом, например оловом. Олово не подвергается коррозии, поэтому сталь будет защищена, пока есть оловянное покрытие. Этот метод известен как анодная защита, поскольку при его использовании сталь становится анодом электрохимической ячейки.

Анодная защита часто применяется к резервуарам для хранения из углеродистой стали, используемым для хранения серной кислоты и 50% каустической соды. В этих условиях катодная защита не подходит из-за очень высоких требований к току.

Ингибиторы коррозии

Ингибиторы коррозии представляют собой химические вещества, которые вступают в реакцию с поверхностью металла или окружающими газами, подавляя электрохимические реакции, приводящие к коррозии. Они действуют путем нанесения на поверхность металла, где образуют защитную пленку. Ингибиторы можно наносить в виде раствора или в виде защитного покрытия с использованием методов диспергирования. Ингибиторы коррозии обычно наносят с помощью процесса, известного как пассивация.

Пассивация

При пассивации тонкий слой защитного материала, такого как оксид металла, создает на металле защитный слой, который действует как барьер против коррозии. На формирование этого слоя влияют pH, температура и химический состав окружающей среды.

Ярким примером пассивации является Статуя Свободы, где образовалась сине-зеленая патина, которая фактически защищает медь под ней. Ингибиторы коррозии применяются в нефтепереработке, химическом производстве, водоподготовке.

Изменение дизайна

Модификации конструкции могут помочь уменьшить коррозию и повысить долговечность любых существующих защитных антикоррозионных покрытий. В идеале конструкции не должны улавливать пыль и воду, способствовать движению воздуха и избегать открытых щелей. Обеспечение доступа к металлу для регулярного обслуживания также продлит срок службы.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое коррозия?

Коррозия — это повреждение материала в результате его взаимодействия с окружающей средой, которое может произойти в любой момент или в любое время при переработке нефти и природного газа. Хотя это определение применимо к любому типу материала, обычно оно относится к металлическим сплавам.

Что вызывает коррозию?

Общая коррозия возникает, когда большинство или все атомы на одной и той же поверхности металла окисляются, повреждая всю поверхность. Большинство металлов легко окисляются:они имеют тенденцию отдавать электроны кислороду (и другим веществам) в воздухе или в воде. Когда кислород восстанавливается (приобретает электроны), он образует оксид с металлом.

Какие существуют 3 типа коррозии?

Типы коррозии и предотвращение:

• Равномерная коррозия. Равномерная коррозия считается равномерным воздействием на поверхность материала и является наиболее распространенным типом коррозии.
• Питтинговая коррозия.
• Щелевая коррозия.
• Межкристаллитная коррозия.
• Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC)
• Гальваническая коррозия.

Является ли коррозия ржавчиной?

К коррозии относится ржавчина. Ржавчина – это разновидность коррозии. Коррозия — это процесс, при котором определенные материалы, металлы и неметаллы портятся в результате окисления. Ржавление — это окисление железа в присутствии воздуха и влаги.

Что такое коррозия 10-го?

Постепенное разрушение чистых металлов под действием воздуха, влаги или химических веществ (например, кислот) на их поверхность называется коррозией. Если железный предмет выдержать длительное время во влажном воздухе, то на его поверхности образуется красно-коричневое вещество, называемое ржавчиной. Коррозия железа называется «ржавлением».

Как образуется ржавчина?

Когда кислотные вещества (включая воду) вступают в контакт с металлами, такими как железо и/или сталь, начинает образовываться ржавчина. Ржавчина возникает в результате коррозии стали после того, как частицы железа (Fe) подверглись воздействию кислорода и влаги (например, влажности, пара, погружения).

На что влияет коррозия?

Некоторые последствия коррозии включают значительный износ природных и исторических памятников, а также повышенный риск катастрофических отказов оборудования. Загрязнение воздуха вызывает коррозию, и во всем мире ситуация усугубляется.

Каковы 6 основных типов коррозии?

Типы коррозии, для точного определения которых требуется некоторое исследование

• Эрозия Коррозия. Эрозионная коррозия возникает, когда агрессивная жидкость проходит мимо металлической поверхности.
• Межкристаллитная коррозия.
• Фретинг-коррозия.
• Кавитационная коррозия.
• Делегирование (избирательное выщелачивание)
• Отшелушивающая коррозия.

Какие металлы подвержены коррозии?

Технически ржаветь может только железо и сплавы, содержащие железо. Другие металлы, в том числе драгоценные металлы, такие как золото и серебро, подвержены коррозии аналогичным образом.

Что такое формула ржавчины?

Ржавчина представляет собой гидратированный оксид железа, химическая формула которого:Fe₂. О₃ .

Золото ржавеет или подвергается коррозии?

В чистом виде золото не ржавеет и не тускнеет, так как не легко соединяется с кислородом. Вот почему чистое золото остается таким же блестящим. Что касается золотых украшений, то очень редко можно найти украшения из чистого золота.

Корродирует ли алюминий?

Ржавчина — это разновидность коррозии (изнашивание металла), проще говоря, алюминий не ржавеет, а корродирует. Хотя эти термины часто используются как взаимозаменяемые, они существенно различаются. Как и в случае с любым другим металлом, при контакте с кислородом на алюминии образуется оксидный слой.

Почему ржавчина красная?

Когда металл подвергается воздействию больших объемов воды и кислорода, железо окисляется загрязняющим веществом, что приводит к образованию «красной» ржавчины.

Как коррозия влияет на наше здоровье?

Вещи, вызывающие коррозию, могут разрушить (или, по крайней мере, повредить) металл. Но это не все. В конце концов, коррозионные вещества могут повредить не только металл, но и желудочно-кишечный тракт человека, дыхательные пути, глаза и кожу.

Как коррозия влияет на окружающую среду?

Помимо того, что мы ежедневно сталкиваемся с этой формой деградации, коррозия вызывает остановку производства, растрату ценных ресурсов, потерю или загрязнение продукта, снижение эффективности, дорогостоящее техническое обслуживание и дорогостоящее перепроектирование. Это также может поставить под угрозу безопасность и затормозить технический прогресс.

Какие проблемы может вызвать ржавчина?

• Ржавчина может привести к застреванию металлических деталей, когда они должны скользить друг по другу.
• В ржавых автомобильных глушителях и наружных частях кузова могут образоваться отверстия из-за ржавчины.
• Влияет на магнитные свойства металла.
• Железо является хорошим проводником электричества.

Может ли коррозия происходить без кислорода?

Микробная коррозия, обычно называемая микробиологической коррозией (MIC), вызывается микроорганизмами. Это относится как к металлическим, так и к неметаллическим материалам с кислородом или без него. Когда кислород отсутствует, сульфатредуцирующие бактерии активны и производят сероводород, вызывая сульфидное растрескивание под напряжением.

Какие металлы подвержены коррозии быстрее всего?

Цинк и простая сталь подвергались коррозии быстрее всех растворов. неожиданно алюминий, который в ряду реакционной способности выше, чем цинк, показал небольшую коррозию.

Какие существуют 8 типов коррозии?

Существует множество различных типов коррозии, видимых невооруженным глазом:равномерная коррозия, точечная коррозия, щелевая коррозия, нитевидная коррозия, гальваническая коррозия, растрескивание под воздействием окружающей среды и фреттинг-коррозия, и это лишь некоторые из них. Давайте рассмотрим, как возникают эти типы коррозии и как они могут повредить углеродистую сталь.

Ржавчина железная или железосодержащая?

Ржавчина — это термин, который мы используем для описания красных оксидов железа, образующихся при коррозии черных металлов. Ржавчиной называют химические вещества, образующиеся при взаимодействии железа с кислородом и водой.

Что может вызвать коррозию платины?

Металл не окисляется на воздухе ни при каких температурах, но разъедается галогенами, цианидами, серой и едкими щелочами. Он нерастворим в соляной и азотной кислоте, но растворяется при их смешивании как царская водка, образуя платинохлористоводородную кислоту.

Какой металл не ржавеет на открытом воздухе?

Для этих типов приложений популярным выбором являются алюминий и нержавеющая сталь. Алюминий не ржавеет, поэтому его можно безопасно использовать на открытом воздухе.

Может ли вас отравить ржавчина?

Ржавчина состоит из комбинации атомов железа и кислорода. Известно, что это соединение, тип оксида железа, не вредно для человека при контакте с кожей. Пятна ржавчины на коже не представляют опасности для здоровья.

Может ли сталь ржаветь без кислорода?

Ржавление не может происходить без воды и кислорода. Вода помогает железу реагировать с кислородом, разрушая молекулу кислорода. На начальных стадиях коррозии железо теряет электроны, а кислород их приобретает.

Что является примером коррозионного воздействия?

Кислоты и основания являются обычными коррозионными материалами. Коррозионные вещества, подобные этим, также иногда называют едкими веществами. Типичными примерами кислотных коррозионных веществ являются соляная (соляная) кислота и серная кислота. Типичными примерами основных едких веществ являются гидроксид натрия и щелочь.